低维纳米热电合金Ag2Te制备及性能研究

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在众多的热电材料当中,碲化物热电材料由于具有较高的ZT值而受到了广泛的关注。Ag2Te热电材料被认为是一种极具潜力的材料,同时它具有在423 K从低温单斜相β-Ag2Te转变为高温面心立方相α-Ag2Te转变的特点,这种特点会使得在相转变前后材料的电性能发生较大的变化而使其实现“开关”特性。一直以来,Ag2Te热电材料由于制备工艺复杂使得其应用受到阻碍,同时如何提高Ag2Te热电性能也是一个难点。对于热电材料而言,制备低维纳米材料可以有效地增加声子散射而降低热导率,同时给予载流子输运提供良好的通道而提高电导率,但是如何在现有的体系中实现热电材料的纳米化也是一个巨大的挑战。本文采用一步溶剂热法在乙二醇(EG)体系中制备了直径约为300 nm的β-Ag2Te纳米线,大大简化了文献报道的采用Te模板法制备Ag2Te材料的方法,为进一步制备Ag-Te体系热电化合物及掺杂、复合等工艺奠定了基础。通过X射线衍射(XRD)表征了其晶体结构,表明Ag2Te的晶体结构为单斜晶系。同时,采用热分析(DSC、TG-DTA)和X射线光电子能谱(XPS)测试,确定了其晶型转变温度及表面组成。SEM、TEM和HRTEM测试表明,通过一步溶剂热法制备得到Ag2Te纳米线的直径在300 nm左右,而长度超过了40μm。电导率测试表明其电导率随温度增加而增加,呈明显的半导体导电特性,其电导率在700 K时可达35 S cm-1,而Seebeck系数测试表明在423 K左右其最大值可以达到70μV K-1,同时探讨了Ag2Te纳米线结构对材料电导率以及Seebeck系数的影响。通过调整影响Ag2Te物相及形貌的工艺参数,如Ag/Te、NaOH、Na2EDTA以及PVP、CTAB、SDS以及PEG等表面活性剂和反应温度等重要工艺参数,从中确定了在现有条件下制备纯相Ag2Te纳米线的关键因素,进一步明确了Ag+、TeO32-的还原电势在溶液中共还原过程受到了NaOH和Na2EDTA的影响。Na2EDTA和Ag+形成的络离子不仅在反应初期起到了稳定Ag+的作用,还在晶体生长过程中起到了缓释Ag+而达到均匀生长的目的。最重要的是通过考察随反应时间增加产物形貌和物相的变化,明确了Ag2Te纳米线的生长机理,最后对Ag2Te纳米线形貌对材料的热电性能的影响进行了分析。
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